Nieuwe ‘eenpansreactor’ halveert uitstoot ammoniakproces

Het Haber/Boschproces

Het antieke Haber/Boschproces met drie aparte reactoren (afb: WikiMedia Coomons)

Om de ruim zeven miljard menselijke aard-bewoners te voeden is kunstmest nodig. De eerste stap om kunstmest te maken is de omzetting van luchtstikstof en methaan in ammoniak. Dat gebeurt via het aloude, energievretende Haber/Bosch-proces waarbij veel kooldioxide vrijkomt. Jaarlijks praten we dan over 450 miljoen ton, 1% van de totale  uitstoot. Met een nieuw type reactor (keramisch) kan die uitstoot worden gehalveerd. Lees verder

Ammoniak maken met energie toe?

Brandstof cel voor de productie van ammoniak

De ammoniakbrandstofcel. Op het plaatje ontbreekt het membraan dat het kathode- en anodedeel scheidt (afb: univ. van Utah)

Bijna een eeuw geleden kreeg de Duitser Fritz Haber de Nobelprijs voor de ontwikkeling van een proces om ammoniak te synthetiseren. Dat proces zorgde voor een radicale omvorming van de landbouw, omdat nu (kunst)mest in de fabriek gemaakt kon worden en de landbouw niet langer afhankelijk was van dierlijke mest of Chilisalpeter. Groot nadeel van dit roemruchte Born/Haber-proces is dat aanzienlijke hoeveelheden energie gebruikt, alles bij elkaar elke jaar zo’n 1% van het totale wereldverbruik. Onderzoekers van de universiteit van Utah (VS) hebben nu een enzymatisch proces ontwikkeld, dat nog eens energie op de koop toe zou leveren. Daar zitten nog wel wat haken en ogen aan… Lees verder

Ammoniak als schone brandstof

ammoniakbusEen Belgische bus die op ammoniak reed (1943)

Je verzint het nooit zelf: ammoniak als brandstof. Toch is dat een serieuze optie  van John Holbrook. Hij heeft een eigen bedrijf opgericht, NHThree, dat dat idee moet vermarkten. Als brandstof doet ammoniak het helemaal niet zo slecht. Op de webstek van NHTree zijn wat cijfers te lezen: de energieinhoud van een liter ammoniak ligt op het niveau van methanol, maar is ruim anderhalf keer zo hoog als die van een liter waterstof (vloeibaar): zo’n 17 MJ tegen 10. Verbranding van ammoniak levert slechts water en stikstof op, broeikastechnisch onschuldige verbindingen en het is een bewezen techniek. In de tweede wereldoorlog reden er in België bussen op ammoniak. Er is alleen een groot MAAR: ammoniak vind je nergens op aarde, maar moet ten koste van veel energetisch geweld worden geproduceerd uit water(stof) (tegenwoordig meestal methaan) en stikstof (Haber-Bosch-proces).
Is die Holbrook dan een fantast? Niet per se. Zelfs het serieuze Britse populair wetenschappelijke New Scientist brengt het nieuws van de nieuwe oude brandstof zonder erbij te smalen. Eerder dit jaar heeft de Italiaanse bandenmaker Marangoni een hybride benzine/ammoniak-motor gebouwd, de Marangoni Toyota GT 86-R Eco-Explorer. De auto rijdt 178 km op één tank ammoniak.
Het probleem is dus: waar haal je energetisch gezien goedkoop ammoniak vandaan? Nu is de productie van ammoniak, wezenlijk voor de vervaardiging van kunstmest, in zijn eentje goed voor 2 tot 3% van het wereldenergieverbruik (met bijbehorende kooldioxide-uitstoot van meer dan 1 miljard ton). De truc is dus ammoniak met minder energie te maken, anders kom je van de regen in de drup.

energiedichtheid diverse brandstoffen (bron NHTree) De energiedichtheid van verschillende brandstoffen. In het zwart het koolstofaandeel in die dichtheid, groen het aandeel van waterstof (bron: NHTree).

Holbrook denkt met een nieuw ontwikkeld proces dat voor elkaar te hebben, het SSAS-procédé (Engelse afko voor vastestofammoniaksynthese). Het hart van het proces is een protondoorlatend membraan (een proton is een waterstofkern). Dat membraan wordt tot 550 *C verwarmd. Aan de ene kant van het membraan bevindt zich waterdamp, aan de andere kant stikstof. Water splitst gedeeltelijk in protonen en zuurstofionen. De protonen worden door een spanningsverschil door het membraan naar het stikstofcompartiment gedreven. De protonen reageren met stikstof tot het gewenste ammoniak. Het SSAS-proces zou ammoniak energetisch voordeliger produceren dan het aloude Haber-Bosch-proces (alleen vermeldt Holbrook nergens hoeveel minder) en er zou bij de productie geen fossiele brandstoffen worden gebruikt. Vraag is dan alleen waarmee je dat membraan verhit tot 550 °C. Er wordt een prototype uitgeprobeerd door  Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Washington. Die proef schijnt gesmeerd te lopen en de plannen zijn in Alaska (Juneau) een proeffabriek te bouwen, waarbij windenergie voor de benodigde energie zou zorgen. Dat zou meteen een oplossing zijn voor de overmaat aan energie uit windmolens; een vorm van energieopslag, dus. Dat systeem (wind en ammoniakproductie) zou Alaska een vorm van decentrale energie-opwekking geven. Er is daar geen stroomnet en vaak, door de lange winters, geen (berijdbaar) wegennet.
Een andere manier is het ammoniak ‘uit de lucht te plukken’ zoals Mike Reese van de universiteit van Minnesota doet met een andere techniek dan die van Holbrook, waarbij waterstof voor de reactie wordt geproduceerd via elektrolyse. Reese gebruikt een windturbine van 1.35-megawatt  om ammoniak te maken. Meese et.al. hopen aan het eind van het jaar 25 ton ammoniak te hebben geproduceerd voor de productie van kunstmest voor de plaatselijke boeren. Heeft Haber-Bosch zijn langste tijd gehad en krijgen we een schone want koolstofloze brandstof. Wie zal het zeggen? En hoe zit het trouwens met de geur. Ammoniak ruikt nogal ‘doordringend’….

Bron: New Scientist